Betonirakenteiden kutistuminen jahalkeamien ehkäisyJuha Komonen, diplomi-insinööriErikoisasiantuntija, Vahanen OyRakennusfysikaaliset asiantuntijapalvelut/Humi-Groupjuha.komonen@vahanen.com

Haitalliset halkeamathäviävät viisailla valinnoillaUseimmilla meistä on omakohtaisia havaintojabetonirakenteiden halkeilusta mutta näemmepäivittäin halkeilemattomiakin betonirakentei-ta. Halkeiluun liittyy usein betonin kutistumi-nen ja se on betonin perusmateriaaliominaisuus.

Betonirakentamisessa on hyödyllistä tiedos-taa betonin kutistumistaipumus ja tietää milloinkutistuminen on valmistettavan betoniraken-teen kannalta kaikkein vaarallisin. Tällöin hal-keiluongelmaan voidaan varautua etukäteen jatarvittaviin toimenpiteisiin ryhtyä ajoissa, jol-loin rakenteisiin muodostuvat useimmat näky-vät halkeamat voidaan ehkäistä.

Artikkelissa kuvataan tietoiskumaisen lyhy-esti betonin kutistumishalkeamien pääsyitä, ku-tistumishalkeamien muodostumista ja esitetäänohjeita miten betonin kutistumishalkeilua voi-daan vähentää. Artikkelissa käsitellään myösplastisen painuman ja rakenteen lämpötilaero-jen aikaansaamia halkeamia.

Ilmiöt ja toimenpideratkaisut kuvataan ylei-sellä tasolla ja niitä voi soveltaa eri rakenteisiin.Valmistettavan rakenteen muoto ja mitat vai-kuttavat siihen mitkä halkeilua aikaansaavat il-miöt ovat kullekin betonirakenteelle ominaisia.

Kutistumisen muu vaikutusBetonin kutistuminen aiheuttaa halkeamien li-säksi muitakin haittoja, mm. päällysteiden, pin-noitteiden ja keraamisten laattojen irtoamistabetonipinnoilta, liikuntasaumoittamistarvetta,jännevoimien pienenemistä jne. Haittoja voi-daan torjua edullisesti pienentämällä betoninkutistumaa. Esimerkiksi voidaan käyttää hyvinsuuria liikuntasaumavälejä, mikä säästää huo-mattavasti runkokustannuksissa. Näitä asioita eikäsitellä enempää tässä artikkelissa.

BetoninkuivumiskutistuminenBetonin kuivumiskutistuminen on pitkäaikai-nen, dimensioita yleensä pienentävä muodon-muutos, joka aiheutuu pääasiassa betonin mik-rorakenteessa olevan veden liikkeistä ja sement-tipastan hydrataatiosta. Kuivumiskutistumavoidaan määritellä vakiolämpötilassa tapahtu-vaksi aikasidonnaiseksi muodonmuutokseksi,joka aiheutuu betonissa olevan veden poistumi-sesta tai siirtymisestä pienemmistä huokosistasuurempiin. Suurilla sementtimäärillä myöshydrataatioreaktiotuotteiden tilavuudeltaan läh-tötuotteita pienemmät lopputuotteet aiheuttavatmuutoksia betonin dimensioihin. Osa kuivumis-kutistumismuodonmuutoksesta on palautuvaa.Eli jos kuivunut ja kutistunut betoni kastuu, sentilavuus suurenee.

Betonin kutistuminen tai -muu muodonmuu-tos esitetään yleensä jonain seuraavista yksi-köistä: A mm/m, A ‰, 1000 A µm/m tai 1000 A10-6. Esimerkiksi muodonmuutos 0,555 mm/m= 0,555 ‰ = 555 µm/m = 555 10-6.

Betonin estetty kutistuma jahalkeiluBetoni kutistuu aina kuivuessaan. Kutistuminenitsessään ei ole ongelma, mutta kutistumisen es-tyessä betoniin syntyy vetojännityksiä. Betonihalkeaa, kun betoniin kohdistuva vetojännitysylittää betonin senhetkisen vetolujuuden huoli-matta siitä mistä syystä vetojännitys aiheutuu.Betoni kutistuu myös aina jäähtyessään. Beto-nirakenteen kovettumisvaiheen lämpötilaerois-ta aiheutuvat lämpö- tai vetojännitykset ovaterittäin vaarallisia, sillä betonin vetolujuus onvielä alhainen. Vetojännityksen ja siitä seuraa-van halkeilun syntyminen edellyttää aina estet-tyä muodonmuutosta. Jos betonin muodonmuu-tos pääsee tapahtumaan, vetojännitystä ei synnyeikä halkeamaa muodostu. Kaikentyyppinenbetoni halkeilee estetyn kutistuman olosuhteis-sa, jos virumista tai jännitysrelaksaatiota ei pää-se tapahtumaan tai ehdi tapahtua.428

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

Estettyä, kutistuman aiheuttamaa jännitystävoi kuvailla tilanteella, jossa betoni ensin kutis-tuu vapaasti ja sitten se venytetään takaisin alku-peräiseen mittaansa. Kuinka suuri muodonmuu-tos sitten tarvitaan halkeaman muodostumi-seen? Esimerkiksi puristettaessa K30 betonistavalmistettua koelieriötä, jonka pituus on 300mm ja halkaisija 150 mm, havaitaan puristus-murtumahetkellä betonilieriön puristuneen ka-saan noin 0,7 mm. Mutta jos sama betonilieriövedetään murtoon, niin tarvittava muodonmuu-tos on noin 0,05–0,1 mm eli halkeaman synty-miseen tarvittava muodonmuutos on pieni.Useimmat betonit halkeavat, kun niihin aiheute-taan verraten nopeasti venymä 0,1–0,2 mm/m.Betonirakenteen kokonaiskutistuma voi tyypil-lisesti olla noin 0,4–0,8 mm/m. Toisinaan pel-kästään plastisen vaiheen kutistuminen jälkihoi-don epäonnistuessa voi olla jopa 7 mm/m.

Esimerkkejä estetyn kutistuman betoniraken-teista ovat kallioon kiinnitetty väestönsuojasei-nä ja lujasti ympäröiviin seiniin kiinniraudoitet-tu lattialaatta. Väestönsuojarakenteen kallio-kiinnitys ja lattian kiinnittyminen seinään estä-vät näiden rakenteiden vapaan muodonmuutok-sen. Rakenteiden kutistuminen aiheuttaa sei-nään ja lattiaan vetojännityksen.

Kutistumista ja halkeilua voi tapahtua beto-nin ollessa notkeassa eli plastisessa tilassa taibetonin kovetuttua. Halkeamat voivat olla pys-tysuuntaisia, pituussuuntaisia, diagonaalisia,karttamaisia, verkkomaisia tai sattumanvarai-sia, joista hallitsevin on pystysuunta.

Kuivumiskutistumisen ja lämpötilaerojen li-säksi muita halkeamia aiheuttavia tekijöitä ja nii-den syntymisajankohdat on esitetty kuvassa 1.

Betonirakenteen valmistus jakutistuminenBetonimassan kutistumispyrkimysOllakseen työstettävää betonin valmistuksessakäytetään käytännössä aina enemmän vettä kuintarvitaan sementin ja veden välisiin hydrataa-tioreaktioihin. Tavanomaisissa rakennebeto-neissa vettä on noin kaksinkertaisesti hydrataa-tioreaktioihin tarvittava määrä. Tämän ylimää-räisen veden poistuminen eri olomuodoissaanaikaansaa betoniin dimensioita pienentäviämuodonmuutoksia. Kutistumisen pääsyy on ve-den siirtyminen betonissa pienemmistä huoko-sista suurempiin tai veden poistuminen betonis-ta. Veden liike voi tapahtua sementtipastassabetonin ollessa notkeassa eli plastisessa tilassatai betonin kovetuttua. Mitä suurempi ylimää-räisen veden määrä on, sitä suurempi on betoninkutistumispyrkimys.

Betonin kutistuminen tapahtuu pääasiassa se-menttipastassa, joten pastamäärän minimoimi-nen vähentää tehokkaasti kutistumaa. Tämävaatii betonin runkoaineksen määrän, laadun jarakeisuuden (myös hienoainespitoisuus) opti-mointia. Suuren raekoon ja hyvin pakkautuvanrunkoaineksen omaava betoni kutistuu kuivues-saan merkittävästi vähemmän kuin pienen rae-koon omaava betoni. Sellaisessa betonissa tar-vittava lujuustaso myös saavutetaan vähemmäl-lä sementillä, mikä on omiaan pienentämään ku-tistumaa. Esimerkiksi 32 ja 16 mm raekoon be-tonit poikkeavat tässä suhteessa toisistaan.Myös sementtipastan vesisementtisuhteen pie-

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

429Kuva 1. Tekijöitä, jotka voivat aiheuttaa betonin halkeilua ja aikavälit, joilla halkeamat syntyvät [1].

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

nentäminen ja vähän kutistuvan sementin käyttöpienentävät kutistumaa tehokkaasti.

Betonin lujuutta kasvatettaessa yleensä tar-vittava suuri sementtimäärä lisää ei-toivottujamuodonmuutosominaisuuksia. Runkoaineen kar-kea kiviaines on merkittävin tekijä tämän estä-misessä, sillä suuri luja kiviaines pystyy rajoit-tamaan sementtipastan kutistumista. Mitä suu-rempi betonimassan runkoainespitoisuus on,sitä pienempi betonin sementtipastapitoisuus onja sementtipasta on betonin kutistuva osa.

Betonin käytetyin laadunarvostelukoe on pu-ristuslujuus. Puristuslujuutta seurataan ja seyleensä aina saavutetaan vaikkei esimerkiksibetonin kiviaineksen rakeisuuskäyrä olisikaanaivan optimaalinen. Tällainen kiviaineksen ra-keisuuskäyrä voidaan helposti kompensoida li-säämällä betonin sementtipastan määrää ja -lu-juutta. Sementtipastan lisääntyminen ei välttä-mättä vaikuta puristuslujuuteen mutta kasvattaamerkittävästi betonin kutistumispyrkimystä.Saman puristuslujuuden omaavien betonienkoostumus ja muodonmuutos- ja muut ominai-suudet voivat poiketa toisistaan merkittävästi.

Betonimassan tilaaja voi työmenetelmiä opti-moidessaan valita 8 mm kiviaineksen, vaikkamyös 12 tai 16 mm kävisi tai 16 mm kiviainek-sen 32 mm sijaan, jolloin saavutetaan betoni-massan helpompi työstettävyys, mutta käsiteltä-vyyden kustannuksella myös korkeampi se-menttipastapitoisuus ja suurempi kutistuminen.

Tuoreen betonin kutistuminenja plastinen painuminenPlastinen kutistuminenTuoreessa betonissa tapahtuu painovoiman vai-kutuksesta eriasteista erottumista, jolloin kivetja muut kiinteät partikkelit painuvat vielä täry-tyksen jälkeen alaspäin ja vesi keveimpänä nou-see ylöspäin. Saavuttaessaan betonipinnan vettähaihtuu ilmaan otollisissa olosuhteissa. Jos be-tonipinnalta haihtuvan veden määrä on suurem-pi kuin syvemmältä betonista pinnalle erottuvanveden määrä, betonipinta kuivuu, kutistuu, sii-hen syntyy vetojännityksiä sekä siihen voi muo-dostua plastisen vaiheen kutistumishalkeamia(Kuva 2).

Veden erottuminen pintaan loppuu, kun se-mentin sitoutuminen estää kiinteiden partikke-leiden painumisen alaspäin. Sementin sitoutu-misvaiheessa betonin lujuus on yhä alhainenmutta kosteutta haihtuu edelleen betonipinnalta,mikä mahdollistaa hyvin leveiden halkeamienmuodostumisen ja avautumisen betonipintaan.Plastisen kutistumisen seurauksena esimerkiksipaikallavalettuun 300 mm paksuun välipohja-laattaan on havaittu ensimmäisen vuorokauden

aikana ilmaantuneen koko välipohjalaatan hal-kaisevia, yläpinnassa jopa 2,5 mm leveitä ja 3 mpitkiä halkeamia.

Erikoisbetoneihin, joiden vesisementtisuhdeon alle 0,45, muodostuu hyvin vähän kapillaari-huokosia, jolloin tuoreessa betonissa ei ole vettäpinnalle johtavaa kapillaarikanavistoa. Tällai-sissa erikoisbetoneissa vettä erottuu betonipin-nalle hyvin vähän mutta tuoreen betonin vaillavetolujuutta olevalta pinnalta haihtuu kosteuttajatkuvasti. Tämä johtaa kutistumishalkeiluunellei veden liiallista haihtumista pinnalta estetä.Erikoisbetoneiden kostea jälkihoito tuleekinaloittaa mahdollisimman varhain.

Plastinen painuminenVeden poistumisesta aiheutuvan kuivumisku-tistumisen lisäksi tuoreen betonin halkeilua ai-heuttaa betonin plastinen painuminen. Plastisenpainuman halkeamia syntyy, jos tuoreen beto-nimassan painuminen jollain tavalla estyy. Il-miö voimistuu, jos veden erottuminen ja kiintei-den partikkeleiden painuminen jatkuu pitkään.Plastisessa vaiheessa betonimassa painuu alas-päin muun muassa pinnassa olevan raudoitus-tangon molemmilta puolilta. Raudoitustankoestää yläpuolellaan olevan betonin painumisen,”halkaisee” kohdallaan olevan betonin ja be-tonipintaan syntyy halkeama raudoitustangonkohtaan (kuva 3). Betonimassa painuu vapaastimyös raudoitustangon alapuolella, joten raudoi-tustangon alle jää tyhjä tila ja raudoituksen yh-teistoiminta betonin kanssa voi jäädä puutteelli-seksi. Plastisen painuman halkeamat muodostu-vat tyypillisesti rakenteen yläpintaan ja ovat

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

430

Kuva 2. Betonipinnassa olevia plastisen kutistu-man aikaansaamia 0,5 mm leveitä halkeamia.Halkeamien ja niiden lähiympäristön kosteuson muuta pintaa korkeampi, joten tummempananäkyvien halkeamien muoto ja sijainti erottuvatselkeästi. Kuvan oikeassa alakulmassa olevanmittapylvään pituus on 10 cm.

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

yleensä säännöllisen muotoisia. Halkeamat muo-dostuvat betonipintaan yläpinnan raudoitustan-kojen yläpuolelle tai kohtiin, joissa betoniraken-teen poikkileikkauksessa tapahtuu jyrkkiä muu-toksia. Plastisen painuman halkeamat ovat sitensäännöllisen muotoisia. Vaakasuoria plastisenpainuman halkeamia voi muodostua pystyra-kenteiden sivupintoihin kohtiin, joissa vaaka-suora raudoitus kantaa yläpuolellaan olevaa be-tonimassaa. Samasta syystä korkeiden ja kapei-den rakenteiden yläosiin muodostuu sisäisiävaakasuuntaisia halkeamia, jos betonimassaplastisen painumisen seurauksena holvautuuraudoituksen varaan ja takertuu muotin reunoi-hin. Plastisen painuman halkeamat vältetäänkäytännössä sangen hyvin hyvällä tiivistystyöl-lä, johon kuuluu oikea-aikainen jälkitärytys.

Plastisen kutistuman ja plastisenpainuman halkeamatVaakasuoraan betonipintaan muodostuneetplastisen painuman halkeamat voivat olla be-tonipinnassa hyvin leveitä (yleensä 2–3 mm) jamatalia. Jos ensimmäisen vuorokauden aikanabetonipintaan ilmaantuneet halkeamat etenevätvain raudoitustankoihin asti, ne ovat yleensäplastisen painuman aikaansaamia mutta jos hal-keamat ulottuvat syvemmälle tai rakenteen läpi,ne ovat plastisen kutistuman aikaansaamia.Plastisen vaiheen halkeamiin voi ohjautua ku-tistumaliikkeitä rakenteen myöhemmin kui-vuessa ja kutistuessa. Tällöin halkeamat voivatkasvaa ja lopulta edetä koko rakenteen läpi.Tämän vuoksi betonirakenteen varhaisvaiheenhalkeaminen tulee estää.

Plastisen kutistuman halkeamat voidaan vält-tää jälkihoidolla. Jälkihoidossa on oleellisinta

rajoittaa veden haihtumista betonirakenteenpinnalta 30 min–8 tuntia valun jälkeen ja vai-keissa olosuhteissa, kuten kesällä tuulisellasäällä ja auringonpaisteessa jopa aikaisemmin-kin. Jos näin ei tehdä, alhaisen lujuuden omaavabetonipinta halkeilee lähes varmasti. Plastisenpainuman halkeamat puolestaan voidaan välttäähyvällä tiivistyksellä, johon kuuluu aina jälkitä-rytys. Jälkitärytys on ainoa tapa eliminoida plas-tisen painuman halkeamat erityisesti korkeidenseinämäisten tai syvien rakenteiden ollessa ky-seessä.

Jälkitärytyskohtiin kuuluvat aina myös pak-suuserokohdat kuten laatan palkkireunan kohta.

Betonimassan muodonmuutokset ensimmäi-sen 14 tunnin aikana ovat betonirakenteen vau-rioitumisen kannalta kriittisiä, sillä betonin lu-juus on alhainen ja syntyvät halkeamat voivatolla hyvin suuria. Betonirakenteeseen valunjäl-keisenä aamuna muodostuneet epäsäännöllisethalkeamat osoittavat betonipinnasta haihtuneenvesimäärän olleen liian nopeaa eli jälkihoidonolleen betonimassan ominaisuuksiin ja valuolo-suhteisiin nähden puutteellista (Kuva 5). Beto-nirakenteessa plastisessa vaiheessa tapahtuviinmuodonmuutoksiin vaikuttavat valmistettavanbetonirakenteen muoto, betonin koostumus javaluolosuhteet, joista kahteen viimeiseen voi-daan vaikuttaa työtekniikka- ja työmaavalin-noilla.

Alkuhalkeilu on erittäin haitallista tuoreelle,plastiselle, sitoutumisvaiheessa olevalle lujuu-dettomalle betonille ja koko betonirakenteelle,sillä tuoreen betonin pintaan voi syntyä näkyviäja myös näkymättömän pieniä halkeamia. Esi-merkiksi laattamaisissa rakenteissa tällaiset hal-keamat voidaan saada hierrolla ja pinnan vii-meistelyllä suljetuksi pinnan osalta mutta sy-vemmälle ulottuessaan ja piiloon jäädessään netoimivat aina heikkousvyöhykkeinä rakentees-sa. Betonin kuivumiskutistuessa betonin kutis-tumisliike kerääntyy näihin heikkouskohtiin jarakenteeseen avautuu halkeama. Vaikka varhai-sessa vaiheessa muodostuneet halkeamat olisi-vat pieniä, niistä voi muodostua rakenteen läpiulottuvia halkeamia betonin myöhemmin kui-vuessa ja kutistuessa.

Plastisen vaiheen aikana ja sen jälkeen beto-nimassa sitoutuu ja betonimassaan alkaa muo-dostua lujuutta. Tässä vaiheessa betonissa ta-pahtuu sitoutumiskutistumista, sillä sementin javeden reaktiotuotteiden tilavuus on hieman pie-nempi kuin sementin ja veden yhteenlaskettu ti-lavuus ennen niiden sekoittamista keskenään.Sitoutumiskutistumassa kosteutta ei siirry poisbetonista. Sitoutumiskutistumalle käytetäänusein myös termejä hydrataatiokutistuminen taikemiallinen kutistuminen. Sitoutumiskutistu-minen muodostuu merkittäväksi runsaasti side-ainetta ja sementtipastaa sisältävillä alhaisenvesisementtisuhteen omaavilla betonimassoilla.

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

431

Kuva 3. Betonipintaan raudoituksen yläpuolelleavautuneita plastisen painuman halkeamia.Tässä halkeamien kohdalla on yläpinnan teräs-tanko. Betonin jälkitärytys olisi tiivistänyt ra-kenteen ja estänyt halkeamien muodostumisen.

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

Betonirakenteen kovettumis-vaiheen lämpötilaerotMassiivisissa rakenteissa (vahvuus yli 35 cm)sementin ja veden hydrataatioreaktioista synty-vä lämpö alkaa merkittävästi nostaa valetun ra-kenteen lämpötilaa luujuudenkehityksen alka-essa noin 8–10 h kuluttua betonin valmistukses-ta. Rakenteen keskiosan ja pinnan lämpötilaeronousee herkästi niin suureksi, että siitä betonira-kenteeseen aiheutuva lämpöjännitys ylittää be-tonin alkuvaiheessa alhaisen vetolujuuden. Var-sinkin estetyn kutistuman rakenteissa ja varhai-sen muotinpurun jälkeen on betonipinnan ja be-tonirakenteen halkeiluriski talviaikaan suuri.Kun uusi rakenne valetaan kiinni aiemmin va-lettuun kylmään betonirakenteeseen, haitallisensuuri lämpötilaero voi aiheuttaa poikittaisia hal-keamia. Aiemmin valettu kylmä rakenne tuleelämmittää ennen valua.

Kovettumisen ja hydrataatiolämpöhuipunsaavuttamisen jälkeen betonirakenne jäähtyy jasen tilavuus pienenee jäähtymisen vaikutukses-ta. Esimerkiksi 30 °C jäähtyminen voi aihettaa0,3 mm/m muodonmuutospyrkimyksen, mikävoi joskus olla yksinäänkin riittävä aiheutta-maan halkeilua. Myös yö- ja päivälämpötilojenvaihtelun vaikutuksesta hiemankin massiivi-sempaan betonirakenteeseen voi tulla 20–30 °Clämpötilaeroja etenkin talvella. Estetyn kutistu-man tilanteessa uuteen rakenteeseen voi lämpö-tilaeroista kehittyä halkeamia ensimmäistenpäivien tai viikkojen aikana, sillä betonin lujuuson alkuvaiheessa alhainen. Lämpöjännitystenaiheuttama halkeamariski tulisi aina selvittäälaskelmilla etukäteen.

Valmistuksen jälkeen, betonirakenteen kove-tuttua, nuoreen rakenteeseen aiheuttavat veto-jännityksiä rakenteen jäähtyminen, lämpötila-muutokset ja betonirakenteen kuivuminen. Be-tonin kuivuessa siitä poistuu vettä ja samalla be-toni kutistuu hyvin hitaasti. Paksussa rakentees-sa ydin on vielä märkä, kun kosteuspitoisuuspintaosassa on alhainen. Betonin kutistuminenaiheuttaa betonirakenteen pintoihin merkittäviävetojännityksiä ja halkemia.

Betonin kokonaiskutistuma on yleensä kom-binaatio kemiallisesta kutistumasta, plastisestakutistumasta ja kuivumiskutistumasta. Mikäkutistumatyyppi on hallitsevin, riippuu betoni-massasta, rakenteesta ja kuivumisolosuhteista.Betonin karbonatisoituminen aiheuttaa myösbetonin kutistumista.

Betonirakenteen jälkihoitoBetonimassan ominaisuuksien lisäksi erittäinoleellinen tekijä betonirakenteiden onnistumi-selle on riittävän hyvä ja riittävän pitkä jälkihoi-

to. Jälkihoito tulee tarvittaessa aloittaa jo beto-nin ollessa notkeassa, muokkailtavassa tilassa jasitä tulee jatkaa betonin kovettumisen alkuvai-heessa ja sen tapauskohtaisesti tulisi jatkua jos-sain muodossa ainakin kahden ensimmäisen vii-kon ajan. On elintärkeää estää betonia kuivu-masta ja kutistumasta liian aikaisin eli betoni-pinta tulee pitää kosteana, jotta pintaan ei muo-dostu kerrosta, jonka ominaisuudet kuten läm-pötila ja kosteuspitoisuus poikkeavat merkittä-västi tuoreessa betonissa syvemmällä olevistaominaisuuksista. Betonipinnan jälkihoidon pe-riaatekaavio on esitetty kuvassa 4. Jälkihoito pa-rantaa betonin ominaisuuksia vähentämällähuokosten määrää, parantamalla kemiallistakestävyyttä ja estämällä halkeilua. Jälkihoita-mattomasta pinnasta tulee heikko ja runsaastipölyävä.

VarhaisjälkihoitoBetonin jälkihoito jaetaan yleensä ns. varhais-jälkihoitoon ja siihen saumattomasti liittyväänvarsinaiseen jälkihoitoon. Varhaisjälkihoito tar-koittaa käytännössä sitä, että estetään veden lii-allinen ja nopea haihtuminen notkean, plastisenbetonin pinnasta. Jos veden haihtuminen betoni-pinnalta on yli 1,0 kg/m²/h, tulee ryhtyä suojaus-toimenpiteisiin.

Ennen betonin sitoutumista käytettävät jälki-hoitomenetelmät ovat ilmatilan sumutuskostu-tus tai betonin pinnalle sumutettavien neste-mäisten jälkihoitoaineiden käyttö. Mitään suo-jia tai suoraa vettä ei tässä vaiheessa voi käyttääpinnan vaurioitumisen vuoksi. Varhaisjälkihoi-toa jatketaan kunnes betoni on sitoutunut ja be-tonipinta kovettunut riittävästi kestämään hier-ron ja muut viimeistelytoimenpiteet. Mikälipinta kuivuu liikaa ennen lujuuden kehittymistätai sen aikana, tapahtuu tuoreessa betonipinnas-sa plastista kutistumista ja -halkeilua. Halkea-mat voidaan saada hierron avulla suljettua, mut-ta ne yleensä myöhemmin avautuvat ja esimer-kiksi näkyvät seuraavana päivänä (kuva 5). Suu-ri plastinen kutistuma ilmenee yleensä pinnanverkkomaisina halkeamina, jotka vaurioittavatmm. mittatarkkuutta, kulutuskestävyyttä, säily-vyyttä, ulkonäköä ja nopeuttavat vaurioitumistaja siten lyhentävät käyttöikää. Lujuudettomantuoreen betonin pintaan voi myös syntyä hieno-jakoisia näkymättömän pieniä halkeamia, jotkaleviävät betonin kutistuessa ja näkyvät betoninlikaantuessa myöhemmin.

Plastisen kutistuman määrä on suoraan ver-rannollinen pinnalta haihtuvan kosteuden mää-rään. Sitä kasvattavat ilmavirtauksen nopeus,kuivat olosuhteet (erityisesti talvella), betoni-massan sekä ilman korkea lämpötila ja suora au-ringonpaiste. Tällaiset olosuhteet voidaan aina-kin sisätiloissa välttää hyvällä olosuhdehallin-nalla, johon voi esimerkiksi kuulua ilmatilan

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

432

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

kostutus hienojakoisella vesisumutuksella ja ik-kunoiden sulkeminen verhoilla tai peitteillä (au-ringonpaisteen estämiseksi).

Tuulisuuden poistaminen on erityisen tärkeääulkotiloissa. Noin 7 m/s ilmavirtauksen on to-dettu aiheuttavan neljässä tunnissa jopa noin 7mm/m plastisen kutistuman, mikä on 10-kertai-nen kuivumiskutistumaan verrattuna. Vastaa-vasti 5 m/s ilmavirtaus voi aiheuttaa noin 5,5mm/m plastisen kutistuman. Näissä olosuhteis-sa varhaisjälkihoito on aloitettava toisinaan jomassan oikaisuvaiheessa levittämällä muovi vä-littömästi oikaistun massan päälle tai sumutta-malla varhaisjälkihoitoainetta massan pinnalle.Muovikalvoa ulko-olosuhteissa käytettäessä tu-lee estää tuulen pääsy muovin alle. Muoviensaumat tulee limittää 50 cm. Nestemäisten ruis-kutettavien jälkihoitoaineiden tarkoituksena onmuodostaa betonin pinnalle kosteutta hidastavatai -läpäisemätön kalvo. Jälkihoitoaineen ruis-kutusmäärä tulee ulko-olosuhteissa valettaessa

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

433

Kuva 4. Betonirakenteiden jälkihoidon periaatekaavio. Kuvassa esitetty sementin ja veden reakti-oista johtuva betonin lämpötilan nousu 8–24 tunnin iässä massan sekoituksesta, on esimerkiksiohuissa lattiarakenteissa yleensä vain joitain asteita. Tässä vaiheessa betonissa tapahtuu sitoutu-miskutistumista, koska sementin ja veden reaktiotuotteiden tilavuus on hieman pienempi kuin se-mentin ja veden yhteenlaskettu tilavuus ennen niiden sekoittamista keskenään. Tämän vaiheen vaa-tima kostea jälkihoito voidaan toteuttaa esimerkiksi kastellulla suodatinkankaalla ja se voi jatkuaensimmäisen tai ensimmäisten kahden viikon ajan. Jälkihoitoa tulisi tämän jälkeen vähentää asteit-tain.

Kuva 5. Betonirakenteeseen valunjälkeisenäaamuna muodostuneet halkeamat osoittavatjälkihoidon ja tiivistystyön olleen betonimassanominaisuuksiin tai valuolosuhteisiin nähdenpuutteellisia. Kuvan oikeassa alakulmassa ole-van mittapylvään pituus on 30 cm.

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

mitoittaa tuulen haihduttavan vaikutuksen mu-kaan. Koska aineiden tehokkuuksissa on eroja,tuotteen ominaisuudet tulee varmistaa valmista-jalta tai myyjältä ennen käyttöä. Varhaisjälki-hoitoainekäsittely toistetaan tarvittaessa ennenlattiapinnan hiertoa, jos pinta on päässyt kuivu-maan liikaa. Jälkihoitoaineita käytettäessä tuleemyös varmistaa, onko aine itsestään haihtuvaavai joudutaanko se poistamaan mekaanisesti.Pintaan jäänyt jälkihoitoaine voi vaikuttaa hei-kentävästi pinnoitteiden, maalien ja päällystei-den tartuntaan. Erityisesti pinnoitettavissa ra-kenteissa muovikalvon ja kastelun käyttö on jäl-kihoito-aineita suositeltavampi jälkihoitomene-telmä. Vaihtoehtoisesti pienehköissä valuissavoidaan valutilan ilma sumuttaa kosteaksi.

Varsinainen jälkihoitoVarsinainen jälkihoito tulee aloittaa välittömäs-ti (viimeistään ½ h) betonipinnan hierron jäl-keen, vaikeissa jälkihoito-olosuhteissa jopahierron aikana. Varsinainen jälkihoito tarkoittaakäytännössä sitä, että estetään kosteuden haihtu-minen kovettuneen betonin pinnasta, kunnes be-tonipinta kestää kosteuden poistumisesta aiheu-tuvan kutistumisrasituksen. Varsinainen jälki-hoitoaine (esim. varhaisjälkihoitoaine uudel-leen) sumutetaan pintaan viimeisen hiertoker-ran jälkeen. Jälkihoitoa jatketaan levittämällämuovikalvo tai kostea suodatinkangas raken-

teen pinnalle vielä samana päivänä. Valettu ra-kenne tulee pitää kosteana eli se tulee suojata taisitä tulee kostuttaa tai kastella niin pian kuin sepintaa vahingoittamatta on mahdollista. Useim-missa tapauksissa suojaus seuraavana aamunaon jo liian myöhäistä ja vaurioita pinnassa on jotapahtunut (vesi poistunut ennen hydrataatiota,jolloin betonin pinta on pilalla eikä ole pelastet-tavissa). Mikäli valun olosuhteet ovat kuivatta-vat, tulisi käyttää parafiinipohjaista jälkihoito-ainetta viimeisen hiertokerran yhteydessä. Para-fiini poistetaan tarvittaessa tehokkaasti. Vaih-toehtoisesti valutilan jälkihoito-olosuhteet voi-daan muuttaa otollisiksi (sisäilman kostutus,tuulisuus pois, kaikki aukot (myös tuuletusau-kot) kiinni, ei betonipintaan kohdistettuja läm-pöpuhaltimia).

Lopullinen jälkihoito voidaan suorittaa pin-nan sitouduttua ja kovetuttua. Tässä vaiheessajälkihoitoon voidaan käyttää kaikkia hyväksyt-täviä menetelmiä, jotka estävät kosteuden liiannopean poistuminen rakenteesta. Lämpötilanbetonin pinnassa tulee olla koko jälkihoidonajan vähintään + 5°C. Minimijälkihoitoaika onyleensä noin viikko valun jälkeen, mutta pitem-pää jälkihoitoaikaa voi suositella.

Betonilattioiden jälkihoitoEsimerkiksi betonilattioita tulisi jälkihoitaa jo-ko kostealla suodatinkankaalla ja muovikalvol-

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

434

Kuva 6. Epäonnistunut varhaisjälkihoito aiheuttaa lattiapintaan vaurioita. Kuvan lattia valettiinhyvälaatuisella betonilla kesällä. Tuoreen, notkean/plastisen betonilattian pinta on tuulisuuden jaauringonpaisteen vuoksi päässyt kuivumaan liikaa, joten tuoreen/plastisen betonin pintaan on syn-tynyt ruutu/verkkomaista halkeilua. Kuvassa esitettyjen halkeamien väliset etäisyydet vaihtelevatpääsääntöisesti välillä 10–20 cm. Yläreunassa näkyy yksittäisiä noin 16 mm:n suuruisia runko-ainerakeita.

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

la tai tuoreen betonimassan pintaan sumutetta-villa jälkihoitoaineilla vähintään kahden viikonajan. Jälkihoitoa voidaan vähentää asteittain tä-män jälkeen. Betonin jälkihoidon päätyttyä be-tonipinnat tulee yleensä hioa puhtaaksi sement-tiliimasta, jotta tiivis sementtiliimakerros ei hi-dasta betonin kosteuden haihtumista sisäil-maan. Hionta poistaa pintaan sumutetun jälki-hoitoainekerroksen ja saa samalla aikaan lujantartuntapinnan alustaan kiinnitettäville pinnoit-teille.

Erittäin vaativien rakenteidenjälkihoitoErittäin vaativissa olosuhteissa tai erittäin vaati-via rakenteita valmistettaessa rakenteiden mär-käjälkihoito tulee aloittaa 10 minuutin kuluessabetonin viimeistelystä. Betonipinta ei saa kui-vua viimeistelyn ja jälkihoidon lopetuksen vä-lisenä aikana. Tilaa tai pintaa vesisumutetaanviimeistelyn jälkeen siten, että pintaan ei muo-dostu lammikoita tai puroja. Jälkihoitomatot,esimerkiksi suodatinkangas, levitetään pintaan

10 minuutin kuluttua betonin viimeistelystä, nevesisumutetaan kosteiksi ja niitä pidetään kos-teana vesisumutuksella. Kun betoni kestää kä-velyn, pinta vielä peitetään muovikalvolla.Betonipinta muovin alla pidetään märkänä 14päivää, jolloin muovikalvo ja suodatinkangaspoistetaan. Tämän jälkeen pintaan asennetaansopivasti läpäisevä jälkihoitoaine 7 päivän ajak-si estämään liian nopea kuivuminen.

Erimuotoisten rakenteidenjälkihoitoJälkihoito on erityisen tärkeää laattamaisilla be-tonirakenteilla, joilla tilavuuteensa nähden onpaljon kosteutta haihduttavaa pintaa. Laatta-maisten rakenteiden epäonnistunut jälkihoitoaiheuttaa lattiapintaan vaurioita (kuva 6). Tiiviitmuotit jälkihoitavat muunmuotoisia rakenteitatehokkaasti. Nopeassa muottikierrossa ja vai-keissa olosuhteissa myös seinämäisiä rakenne-osia tulee muotinpurun jälkeen jälkihoitaa pin-taan asennettavalla jälkihoitoaineella. Kapeitarakenneosia, kuten pilarit tai palkit, voidaan te-hokkaasti jälkihoitaa kietomalla muovikelmuaniiden ympärille (kuva 7).

Kovettuvan ja kovettuneenbetonin kutistumishalkeamatKovettunut betoni pyrkii kosteustasapainoonyleensä kuivemman ympäristönsä kanssa, jol-loin betonissa oleva sementin kanssa reagoima-ton vesi pyrkii poistumaan. Mitä suurempi lisä-vesipitoisuus, sitä suurempi on betonin kutistu-mispyrkimys. Kutistuminen itsessään ei ole on-gelma. Ongelmia aiheutuu, jos kutistuma estyyja syntyvä jännitys on suurempi kuin betonin ve-tolujuus. Tällöin betoni halkeaa.

Betonirakenteiden valmistuksessa syntyy ti-lanne, jossa betonin lujuudenkehitys ja kutistu-mista rakenteeseen kehittyvä vetojännitys kil-pailevat keskenään. Jos kutistumisjännitys ke-hittyy nopeammin kuin betonin vetolujuus, syn-tyy tilanne, jossa betoni halkeaa. Jos vetolujuuspysyy koko ajan suurempana, betoni kutistuumutta ei halkeile. Tämä kuulostaa selkeältä mut-ta käytännössä tilanne on monimutkainen. Teki-jät, jotka vaikuttavat siihen kuinka nopeasti ku-tistumajännitys ja vetolujuus kehittyvät ovat:betonimassan osa-aineet, niiden suhteet ja mää-rät, ilman lämpötila, betonin lämpötila, ilmankosteuspitoisuus, tuulen nopeus, auringonpais-te, pinnan viimeistely, jälkihoito jne. Näiden te-kijöiden luotettava arviointi on vaikeaa ja yritysselvittää jälkikäteen miksi yksi betonirakennehalkeili ja toinen ei, on vielä vaikeampaa.

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

435

Kuva 7. Betonipilaria jälkihoidetaan muovikel-mulla muotinpurun jälkeen KapkaupungissaEtelä-Afrikassa.

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

VetovirumaEnnen halkeamishetkeä betonissa tapahtuu ku-tistumisjännityksen ja vetolujuuden välisen kil-pailun lisäksi toinenkin kilpailu. Nimittäin beto-nin vetoviruma (ulkoisesta kuormituksesta ai-heutuva muodonmuutos), joka aina ensin pie-nentää kutistumisen aikaansaamaa vetojänni-tystä. Vetovirumassa betoni ikäänkuin ”venyy”jännityksen suuntaan ja tämä pienentää vetojän-nitystä. Vetoviruma on hyvin tärkeä tekijä hal-keamien välttämisessä. Vetoviruman tapahtu-miseksi tarvitaan rauhallinen lujuudenkehitys jahitaat olosuhdemuutokset. Kun vetojännityk-sessä olevan betonin vetoviruma on täysin ta-pahtunut ja betonin vetolujuus ylittyy, betoniinsyntyy halkeama.

KutistumishalkeamatKun betonirakenne joutuu kutistumisen vaiku-tuksesta jännitystilaan, jännitykset etsivät te-hokkaasti rakenteen heikoimmat kohdat, ja yh-distävät ne halkeamalla. Halkeamien suuruus,muoto, esiintymistapa, esiintymispaikka jaesiintymisajankohta eli rakenteen ikä auttavathalkeamien alkuperän selvittämisessä.

Estetyn kutistuman rakenteet lisäävät betoni-rakenteeseen kohdistuvia vetojännityksiä ja si-ten myös rakenteiden halkeiluriskiä merkittä-västi. Yleensä halkeaman muodostaman veto-jännityksen aiheuttaa usean tekijän summa.

Kutistuman määrän arviointiBetonin kutistuman määrää voidaan arvioidaesimerkiksi Rakentamismääräyskokoelman [2]tai Suomen Betoniyhdistyksen julkaisujenBY16 [3] ja BY 50 [4] laskentakaavojen avulla.Uutena vaihtoehtona rakenteen kutistumistavoidaan arvioida kosteusmittaustuloksen avul-la. Suomen Betonitiedon julkaisussa Betonira-kenteen päällystämisen ohjeet [5] on esitettymenetelmä, jolla suhteellisen kosteuspitoisuu-den mittaustuloksen avulla arvioidaan betonissavielä tapahtuvaa kutistumista. Rakenteisiinkäyttöaikana tasaantuvan pitkäaikaiskosteuspi-toisuuden ollessa selvillä, voidaan kosteusmit-taustuloksen avulla arvioida rakenteen jäljelläoleva kutistumaa. Mitä alhaisempi betonin suh-teellinen kosteus on mittaushetkellä, sitä pie-nempi myös rakenteen jäljellä oleva kutistumaon.

Betonirakenteen halkeiluunvoi vaikuttaaVaikka betoni kutistuu aina, voidaan betonira-kenteen halkeiluriskiä vähentää tehokkaasti oi-

keilla menetelmävalinnoilla betonirakenteenvalmistuksen aikana. Tällöin betonirakenteisiinmahdollisesti muodostuvat halkeamat ovat hy-vin pieniä ja harmittomia. Tarvitaan aina hyväetukäteissuunnittelu, valmistelu ja toteutus.

Halkeilupulman ratkaisustrategiatBetonirakenteen halkeilupulman ratkaisustrate-gioita ovat: 1) varhaisvaiheen lämpötilaerojenrajoittaminen, 2) betonin lämmönkehityksen jakutistumispyrkimyksen pienentäminen huolel-lisilla suhteitusvalinnoilla, 3) estetyn kutistu-man olosuhteiden vähentäminen suunnittelurat-kaisuilla, 4) betonin vetolujuuden lisääminenkutistumisen tapahtumishetkellä, 5) kutistu-masta syntyvän vetojännityksen pienentämi-nen, 6) kutistumisen aloitusajankohdan lykkää-minen kunnes betoni on riittävän lujaa vastaan-ottamaan rasituksen tai 7) kutistumishalkeami-en ohjaus haluttuihin paikkoihin. Viimeisinkohta tosin vain siirtää halkeaman paikkaa.

Vaihtoehtoisesti halkeamat voidaan toisi-naan hyväksyä ja vain peittää. Usein tätä ratkai-sua ei voi hyväksyä, sillä esteettisten seikkojenlisäksi betonirakenteiden halkeamat vaikuttavatpinnoitteiden ja päällysteiden tartuntaan, toimi-vat vaurioreitteinä ja vaikuttavat rakenteidensäilyvyyteen ja pitkäaikaiskestävyyteen. Hal-keilleen rakenteen läpäisevyys kasvaa merkittä-västi, joten esimerkiksi vesi- tai kaasutiiviys-vaatimus ei silloin toteudu.

Betonirakenteiden nopeapäällystäminenToisinaan nopeassa uudis- tai korjausrakenta-misessa tulee vastaan tilanteita, joissa betonira-kenteen jälkihoidosta täytyy tinkiä ja halkeiluhyväksytään tietoisesti. Esimerkiksi lattianpäällystettävyysaikataulu voi olla niin kireä,että vaikka käytetään nopeasti kuivuvia betone-ja, lattioita ei ole aikaa jälkihoitaa riittävästivaan niitä voidaan joutua jopa kuivattamaanlämmittimillä, jolloin ne halkeilevat varmasti.Tässä tapauksessa kuivumisnopeuden maksi-mointi tehdään halkeilun kustannuksella. Näis-sä tilanteissa päällysteet tai pinnoitteet tuleesuunnitella kestämään jo ilmaantunut tai väistä-mättömästi tuleva halkeilu.

Betonirakenteidenhalkeamien välttäminenIlmeisen moni pitää kutistumaa ilmiönä, johonei voi vaikuttaa ja jonka seuraukset pitää vainkärsiä. Tosiasiassa kutistuminen on pienennet-tävissä hyvin tuloksin. Tarvitaan koulutusta jatietouden lisäystä.

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

436

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

Estetyn kutistuman tapauksessa halkeilunvälttämisessä jää käytännön keinoksi betoninkutistuman ja muiden pienenemissuunnan muo-donmuutosten hallinta niin, että haitallista hal-keilua ei juurikaan tule. Kaikkein tärkeinta onpyrkiä pienimpään mahdolliseen betonin kutis-tumaan. Pieniä, käytännössä haittaa aiheutta-mattomia halkeamia tulee silloinkin. Vetojänni-tysten pienentämiskeinoina ohjataan mm. veto-lujuus, vetovenymä, vetoviruma ja muut hitaatsementtikiven tapahtumat kehittymään niin,että isoja haitallisia halkeamia ei synny. Koke-musperäisesti on voitu todeta, että haitallisiahalkeamia ei juurikaan tule, kun betonin koko-naiskutistuma on enintään noin 0,5 mm/m jakun kaikki muutokset ohjataan tapahtumaan hy-vin rauhallisesti. Vetovirumalla on tässä tärkeäosuus. Halkeilemattomuuden tavoite on käy-tännössäkin mahdollinen saavuttaa, siitä on run-saasti toteutuneita tapauksia. Mainitun 0,5mm/m:n tehoavuudesta ja tarkemmista toimin-tamekanismeista odotellaan tutkimuksen kei-noin saatavaa vahvistusta.

Halkeamien välttämisessä on erityisen tärkeäsaada betonin ja betonirakenteen varhaiskutis-tuma mahdollisimman pieneksi, jotta vetolu-juus on hyvin kehittynyt, kun kuivuminen alkaa.Silloin myös vetoviruma pääsee tehokkaasti toi-mimaan. Myös betonin kokonaiskutistuman tu-lee olla pieni.

Raudoitus taloudellisissa määrissä ei yleensäestä betonin kaikkien halkeamien syntymistämutta rajoittaa halkeamien etenemistä ja ottaavastaan kuormitukset betonin vetolujuuskapasi-teetin ylityttyä.

Kutistuminen laajempaantietoisuuteenKutistumisen haitalliset vaikutukset pitäisi saa-da laajempaan tietoisuuteen. Mistä tai keneltäpitäisi tulla heräte, että rakennusprojektin vaati-van betonirakenteen valmistuksessa ollaanmahdollisesti riskialueella ja betonin kutistumaja halkeilu on hyvä nostaa keskusteluihin?– Rakennesuunnittelijat tuntevat periaatteessa

ja myös käytännössä estetyn kutistuman aihe-uttajat rakenteessa, kun ovat rakennevaihto-ehtoja pohdiskelleet ja he tuntevat myös ku-tistuman suuruuksia numeroarvoina

– Hankintamiehet tehdessään betonista kaup-poja

– 1-luokan betonityönjohtaja– Betonin toimittajan asiantuntijat– Valvoja: ”kaiken kokenutta” valvojaa kan-

nattaa kuunnella– Kuka vaan missä vaan hankkeessa, ”tyhmä

kysymys” on usein viisas kysymys– Ulkopuolinen asiantuntija.

Millainen betoni ei halkeile liikaa?– Haitallisten halkeamien muodostumisriski on

pieni, jos betonin kokonaiskutistuma on enin-tään luokkaa 0,5 mm/m ja jos muut toimenpi-teet tehdään oikein

– Betonin lämpötiloissa ja kuivumisessa tapah-tuu vain erittäin hitaita muutoksia, jolloin jääaikaa jännityksiä pienentäville sekä veto- ettäpuristusvirumalle.

Kutistumien haitalliset vaikutukset ja kutistu-mien pienentämismahdollisuudet pitäisi saadalaajempaan keskusteluun – esimerkiksi ammat-tikeskustelujen kestoaiheeksi. Keskusteluunnostettu asia ei yleensä epäonnistu ainakaan pa-hasti.

Halkeamien välttäminen maanvaraisissa laa-toissa– Ovat estetyn kutistuman tilanteessa alustan

kitkan vuoksi (ainakin osittain)– Voivat kuivua vain ylöspäin, pinnan ennenai-

kainen kutistuminen pyrkii taivuttamaan laat-taa koveraksi, reunat nousevat, taivutus aihe-uttaa taittumisia ja samalla halkeamia

– Halkeamat ovat taivutushalkeamia eivätkäyllä laatan läpi

– Vähän kutistuvilla betoneilla on saavutettukäytännössä halkeilemattomia laattoja

– Maanvaraisissa laatoissa valu, hyvä tiivistys,pinnan oikaisu, varhaisjälkihoito, hierto, jäl-kihoito ja hyvin rauhallisten olosuhdemuu-tosten salliminen ja suojelu ennenaikaiseltaraskaalta kuormittamiselta ovat tarpeen.

Halkeamien välttäminen pintalaatoissa– Ovat kantavaan laattaan hyvin kiinnitettyjä– Estetyn kutistuman tilanteessa on käytettävä

pienen kutistuman betonimassaa eli maltilli-sen lujuuden rakennebetoneja

– Niin sanottuja hiertobetoneja ei pidä milloin-kaan käyttää

– Tartunnan varmistaminen kauttaaltaan on-nistuvaksi on tärkeä tehtäväkokonaisuus

– Hyvä jälkihoito, rauhalliset muutokset ja suo-jelu kuormittamiselta ovat tarpeen

– Tyypilliset valmistusvaiheet ovat: valu, täry-tys ja pinnan oikaisun jälkeen heti varhaisjäl-kihoitoaineen ruiskutus, hierto tyypillisesti 4h myöhemmin, hierron jälkeen heti varsinai-nen jälkihoito ja suojelu kuormittamiselta.

Betonirakenteen halkeiluavähentävät käytännöntoimenpiteetBetonirakenteen halkeilua ja betonin kutistu-mista vähentävät käytännön toimenpiteet ovatusean eri tekijän summa. Kun kaikki vetojänni-tyksiä pienentävät toimenpiteet ketjutetaan jasuoritetaan kunnolla betonirakenteen valmis-

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

437

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

tuksen eri vaiheissa, niin halkeamien muodostu-misriski on hyvin pieni, eikä halkeamia muo-dostu ainakaan haitallisessa määrin. Pieniä,käytännössä haittaa aiheuttamattomia halkemiatulee silloinkin. Seuraavassa on ryhmitelty kuu-deksi toimenpiteeksi näkemyksiä, joilla betoni-rakenteen kuivumiskutistumista, jäähtymisku-tistumista ja halkeiluriskiä voidaan vähentää.

Toimenpide 1On tärkää keskustella betonirakenteen valmis-tusvaiheet läpi kaikkien rakenteen valmistuk-seen osallistuvien toimesta riittävän ajoissa en-nen betonirakenteen valuja, jotta kaikilla on yh-teisymmärrys lopputuotteen laadusta, sen saa-vuttamiseksi käytettävistä toimenpiteistä ja val-mistukseen liittyvistä riskeistä. Keskusteluistalaaditaan pöytäkirja, jolloin asia terästyy huo-mattavasti. Esimerkiksi käytettävä betonimas-sa, sen siirto- ja tiivistystekniikka, tuoreen-, ko-vettuvan- ja kovettuneen betonin jälkihoitomahdollisine lämpösuojineen tulee aina suunni-tella kokonaisuutena ennen rakenteen valmista-mista – tarvittaessa ulkopuolisen asiantuntijanavulla. Betonimassaa voidaan yleensä räätälöi-dä tai ainakin sen koostumusta jossain määrinhienosäätää kuhunkin käyttötarkoitukseen sopi-vaksi. Esimerkiksi betonimassan muutos vä-hemmän kutistuvaksi voi vaikuttaa myös beto-nimassan siirtotekniikkaan.

Usein tulee myös harkita, voitaisiinko beto-nin lujuusluokkaa alentaa. Maltillisempi puris-tuslujuusvaatimus saavutetaan vähemmällä se-mentillä ja samalla pienemmällä kutistumalla.Rakenteet, jotka oli tapana suunnitella K25-be-tonilla 1970-luvulla ja K30:llä 1980-luvulla,tehdään nykyään automaattisesti K40:llä.

Toimenpide 2Betonin kutistumaan voidaan vaikuttaa esimer-kiksi runkoaineen maksimiraekokoa eli betoninrunkoaineosuutta kasvattamalla (tehokkain yk-sittäinen keino), kokonaisvesimäärää vähentä-mällä, sementtimäärää vähentämällä ja sement-tipastan kutistumiskykyä pienentämällä elikäyttämällä jäykkiä betonimassoja ja niille so-pivia työtekniikoita.– Valitaan mahdollismman jäykkä vähän kutis-

tuva betonimassa ja sen edellyttämä siirtotek-niikka eikä kuten nyt, siirtotekniikkaan(pumppaukseen) sopiva massa

– Runkoaineen maksimiraekoko mahdollisim-man suureksi, yleensä 32 mm 16 mm:n sijasta

– Hyvin pakkaantuva runkoaine, ohjekäyriänoudatteleva

– Sementtiä minimimäärä; luokka 280–300kg/m³ riittää todennäköisesti K40:een

– Sementtinä karkea, vähemmän kutistuvaSR-sementti massiivisiin valuihin

– Vettä vähemmän kuin mihin on totuttu, noin180 kg/m³ riittänee

– Sementtipastapitoisuudeksi alle 27 %. Tämävaatii runkoaineen määrän ja rakeisuuden op-timointia

– Betonin kutistumista vähentävän lisäaineenkäyttö. Kuivumiskutistumisen väheneminenperustuu lisäaineen kykyyn pienentää beto-nin valmistuksessa käytettävän veden pinta-jännitystä, joten betonin kuivuessa mikrora-kenne kutistuu vain vähän. Näitä lisäaineita eitiettävästi vielä ole markkinoilla Suomessa

– Valitaan arvosteluiäksi pitempi kuin 28 d, 3 kk– Sisärakenteiden laskennalliseksi käyttöiäksi

valitaan 50 v.

Toimenpide 3Betonin lämpötilan nousuun eli rakenteeseenhalkeilua aiheuttaviin lämpötilaeroihin voidaanvaikuttaa– Valitaan valun aloitushetki lämpötilan kan-

nalta optimaalisesti– Betonin valulämpötila tulisi pitää niin alhai-

sena kuin mahdollista ja lähellä käyttölämpö-tilaa, jolloin lämpötilamuutokset ovat pieniä

– Varjostus auringon säteilylämmöltä. Esimer-kiksi ikkunat tulee peittää

– Lämmönkehitystä voidaan vähentää sement-tilaadun valinnalla (lämmönkehitys pieneneejärjestyksessä Pikasementti, Rapidsementti,Yleissementti, SR-sementti) ja se myös jakaasen pitemmälle ajalle, jolloin lämpöä ehtiipoistua prosessin aikana. Vaihtoehtoisestilämmönkehitystä voidaan vähentää seosai-neilla tai siirtää lisäaineilla

– Sementtimäärää vähentämällä vähenee myöslämpötilan nousu

– Vaativissa estetyn kutistuman rakenteissalämmönkehitys tulee arvioida laskelmilla joennen valua. Saadun tiedon avulla voidaanarvioida lämpötilaeroista rakenteeseen syn-tyvät vetojännitykset ja rakenteen lujuuden-kehitys, joiden avulla voidaan laskea rakenteenhalkeiluriski. Tällöin betonimassan koostumustai vaadittavat lämpösuojat tms. voidaan mi-toittaa oikein ennen valua

– Myös rakenteen jäähtymisen tulee tapahtuahitaasti

– Vaativissa betonirakenteissa lämpötilannou-su ja -lasku tulee mitata rakenteesta kovettu-misen aikana. Tällöin tarvittaviin suojaustoi-menpiteisiin (lämpösuojaus toisinaan myöskesällä) voidaan ryhtyä ajoissa.

Toimenpide 4Betonin kuivumisolosuhteisiin voidaan vaikut-taa. Betonin kutistuman aloitusajankohtaan javaikutuksiin voidaan vaikuttaa merkittävästibetonin jälkihoidolla.

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

438

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry

– Valu tulee suorittaa hallituissa olosuhteissa.Ilmavirtaukset tulee poistaa tuoreen betoninpinnalta. Tuulen kuivattava vaikutus on erit-täin haitallinen

– Varhaisjälkihoito tulee aloittaa niin pian kuinmahdollista eli massan plastisen vaiheen ai-kana

– Betonin yläpinnan kuivumissuojaus tuleeasentaa heti, viimestään puolen tunnin ku-luessa hierrosta

– Tiivistetysti voi sanoa, että jälkihoito on elin-tärkeä ja tulee sopeuttaa betonimassan omi-naisuuksiin. Ensimmäiset 24 h ovat erittäintärkeitä, sillä betonin lujuus on alhainen jamahdollisesti syntyvät halkeamat ovat suu-ria, leveitä ja haitallisia

– Betonia tulee varhaisjälkihoitaa ja jälkihoitaaniin kauan kunnes betoni on kyllin lujaa kes-tämään vetojännityksiä

– Käytä vähintään 7 vrk märkäjälkihoitoa– Jälkihoito-olosuhteet tulee rekisteröidä. Niitä

tulee seurata jo ennen valua, valun aikana javalun jälkeen. Tällöin olosuhteet ovat selvil-lä, niihin voidaan puuttua ajoissa ja tarvitta-vat jälkihoitoa parantavat toimenpiteet voi-daan mitoittaa oikein

– Mitattujen tuulen nopeuden ja kosteuspitoi-suusarvojen perusteella voidaan arvioida ve-den haihtumisnopeus betonin pinnalta. Joshaihtumisnopeus ylittää 1,0 kg/m2//h, olosuh-teet tulee järjestää betonoinnille suotuisiksi.

Toimenpide 5Betonirakenteen kutistumaa ja halkeilua voi-daan pienentää suunnittelulla, työmenetelmilläja työtekniikoilla– Rakenteet suunnitellaan sellaisiksi, että ku-

tistumaliike pystyy tapahtumaan. Riskira-kenteet voidaan laadunvarmistusjännittäähalkeamien ehkäisemiseksi

– Estetyn kutistuman rakenteen raudoitus tuleesuunnitella huolella

– Suunnittelija määrittää työmaan kanssa työ-saumat ja työraudoituksen

– Raudoitus tulee tukea kunnolla– Sijoitetaan riittävä raudoitus lähelle pintaa.

Lähelle pintoja sijoitettu riittävä raudoitus ja-kaa halkeamat tiheään ja pieniksi, jolloin neeivät ole haitallisia

– Käytetään pieniä raudoituksen peitekerroksia– Käytetään muovi- tai teräskuitutekniikkaa.

Kuidut jakavat halkeamat tiheään ja pieniksi,jolloin halkeamat eivät näy eivätkä ole haital-lisia. Muovi-, polypropyleeni- tai muut keve-ät kuidut estävät tehokkaasti plastisen vai-heen halkeilua. Ei-kantava raudoitus voidaankokonaan tai osittain korvata teräskuiduilla

– Käytetään pistemäisiä raudoitustukia tai ai-nakaan viivamaisia raudoitustukia ei sijoitetaaivan viivasuoraan linjaan

– Nosturivalu liian yleiseksi tulleen pumppaa-misen sijaan. Tärkeissä valuissa tulisi määrä-tietoisesti pyrkiä jassikkavaluihin, koska sil-loin on mahdollista käyttää jäykempiä ja vä-hemmän kutistuvia betoneja. Ne ovat lisäksihalvempia. Nosturiaikaa saa käyttöön, kunsen tarve aikataulutetaan ajoissa. Tarvittaessakäytetään erillistä autonosturia

– Jos kuitenkin päätetään pumpata, niin: 1) tu-lee olla vähintään 100 mm:n siirtoputki 32mm:n maksimiraekoon vuoksi, 2) pidetäänkuitenkin tiukasti kiinni pienestä sementti-määrästä, jolloin ”liukastukseksi” tarvitaanhieman kivijauhoa Ø ~ 1/100 mm (sementti-partikkelin kokoluokka), notkistinta ja beto-nin valmistajan kokemusperäistä tietoutta, 3)käytetään notkistinta luovasti

– Betoni tulee tiivistää kunnolla. Myös jälkitä-rytystystekniikkaa tulee käyttää

– Suunnitellut sahasaumat (keinotekoiset hal-keamat) tulee sahata oikea-aikaisesti.

Tiivistetysti voi sanoa, että halkeamien välttä-misessä betonimassa on kaiken perusta ja ettäbetonirakenteen valmistuksessa jälkihoito onelintärkeää ja tulee aina sopeuttaa betonimas-san ominaisuuksiin. Varsinkin ensimmäiset 24 hovat erittäin tärkeitä, sillä betonin lujuus on al-hainen ja mahdollisesti syntyvät halkeamat ovatsuuria, leveitä ja haitallisia. Jälkihoidolla siir-retään kutistumisen aloitusta niin pitkälle, ettäbetoniin ehtii muodostua riittävästi lujuutta.

Toimenpide 6Ennen valutyön alkua tulee pitää aloitustyöpala-veri, johon myös valutyön tekijät osallistuvat.Aloituspalaverissa käydään läpi valutyön erivaiheiden kulku ja perehdytään etukäteisval-mennuksella riskikohtiin. Näin varmistetaanhyvä työsuoritus ja aikaansaadaan laadukas lop-putuote – halkeilematon betonirakenne. Palave-rista laaditaan pöytäkirja.

Viitteet[1] Säilyvyysohjeet, BY 32. Suomen Betoni-

tieto Oy. 1992[2] Suomen Rakentamismääräyskokoelma

B4. 2005[3] BY 16. Suomen Betoniyhdistys r.y. 1984[4] Betoninormit BY50. Suomen Betonitieto

Oy. 2004.[5] Betonirakenteiden päällystämisen ohjeet.

Suomen Betonitieto Oy. 2007.

Betonirakenteiden kutistuminen ja halkeamien ehkäisy

439

Rak

enta

jain

kal

ente

ri 20

10 |

© R

aken

nust

ieto

säät

iö R

TS, R

aken

nust

ieto

Oy

ja R

aken

nusm

esta

rit ja

insi

nöör

it A

MK

RK

L ry